Молекулярно-генетические маркеры физических качеств человека 03. 02. 07 Генетика 14. 03. 11 Восстановительная медицина, спортивная медицина, лечебная физкультура, курортология и физиотерапия
| Вид материала | Автореферат |
- Восстановительное лечение детей первого года жизни с врожденной патологией тазобедренных, 535.09kb.
- Структурно-резонансная электромагнитотерапия и жидкие синбиотики в восстановительном, 348.4kb.
- Комплексная оценка эффективности патогенетической и восстановительной терапии больных, 611.78kb.
- Восстановительное лечение больных затяжной пневмонией с использованием природного нафталана, 299.26kb.
- Оценка и коррекция функциональных нарушений у детей раннего возраста в зависимости, 319.48kb.
- Дыхательная гимнастика в комплексной реабилитации детей больных аллергическим ринитом, 264.09kb.
- Стабилометрия в диагностике и лечении детей с гемипаретической формой детского церебрального, 219.34kb.
- Шуляковский владимир владимировыич, 511.31kb.
- Морфо-функциональные особенности сердечно-сосудистой системы у ветеранов спорта, 256.54kb.
- Шер ирина Игоревна Комплексная пелоидотерапия больных гипертонической болезнью с сопутствующим, 342.36kb.
6.2. Полиморфизмы генов, антропометрические, композиционные и физиологические показатели бодибилдеров и женщин, занимающихся бодифитнесом и фитнесом.
В исследовании приняли участие 42 выступающих бодибилдера и женщины, занимающиеся бодифитнесом и фитнесом (n=21), данные которых были проанализированы по двум критериям – длительности стажа занятий и моменту фиксирования фенотипических показателей. В соответствии с этим, у 40 мужчин со стажем занятий бодибилдингом 17,1±1,4 лет и 21 женщины со стажем занятий фитнесом 15,9±1,8 лет проводили анализ по всем показателям, кроме толщины КЖС. Поскольку 18 мужчин и 8 женщин на момент сбора данных находились в соревновательном периоде, то в анализ этих подгрупп также включали различные композиционные показатели.
6.2.1. Результаты сравнительного анализа в группе мужчин с длительным (17,1±1,4 лет) стажем занятий бодибилдингом (n = 40)
Силовые показатели
Жим штанги лежа от груди. Наилучшими результатами в жиме обладали носители 582Ser аллеля гена HIF1A (Pro/Ser – 209 (16), Pro/Pro – 169 (39) кг; P = 0.07), 482Ser аллеля гена PPARGC1A (Gly/Gly - 160 (23) кг, Gly/Ser - 186 (49) кг; P = 0.047) и 55Val аллеля гена UCP2 (Ala/Ala - 163 (44) кг, Ala/Val - 171 (33) кг, Val/Val - 262,5 кг; P = 0.056).
Антропометрические и композиционные показатели
Абсолютная мышечная масса. Значимые различия по абсолютной мышечной массе были обнаружены между носителями генотипов Gly/Gly и Gly/Ser по PPARGC1A (50,1 (7,2) кг против 56,8 (7,8) кг; P = 0.038).
Окружность плеча в спокойном состоянии (рука разогнута в локтевом суставе). C большей окружностью плеча ассоциировались аллели 55Val гена UCP2 (Ala/Ala – 37,5 (3,8) см, Ala/Val – 38,9 (3,7) см, Val/Val – 46 (2,8) см; P = 0.028), 482Ser гена PPARGC1A (Gly/Gly – 37,6 (3,7) см, Gly/Ser – 40,1 (4) см; P = 0.05).
Окружность плеча в напряженном состоянии (рука согнута в локтевом суставе). C большей окружностью плеча ассоциировались аллели 55Val гена UCP2 (Ala/Ala – 41,6 (3,3) см, Ala/Val – 43,5 (3,7) см, Val/Val – 49,2 (3,7) см; P = 0.031), 482Ser гена PPARGC1A (Gly/Gly – 41,9 (3,3) см, Gly/Ser – 44,7 (4) см; P = 0.022), 582Ser аллель гена HIF1A (Pro/Pro – 43 (3,5) см, Pro/Ser – 50 (7) см; P = 0.01) и 5D аллель гена PPP3R1 (5I/5D – 45,7 (5,2) см, 5I/5I – 42,6 (3,1) см; P = 0.031).
Окружность бедра в спокойном состоянии (нога разогнута). С большей окружностью бедра ассоциировались аллели 55Val гена UCP2 (Ala/Ala – 62,1 (5,4) см, Ala/Val – 64,3 (5,1) см, Val/Val – 72 см; P = 0.09), 482Ser гена PPARGC1A (Gly/Gly – 62,2 (4,5) см, Gly/Ser – 65,7 (5,7) см; P = 0.042) и 582Ser аллель гена HIF1A (Pro/Pro – 65,1 (4,8) см, Pro/Ser – 74,3 (12,4) см; P = 0.019).
6.2.2. Результаты сравнительного анализа в группе бодибилдеров, находящихся в соревновательном периоде (n = 18).
Композиционные показатели
Кожно-жировые складки. Ala55 аллель гена UCP2 ассоциировался с более тонкими КЖС под лопатками (Ala/Ala – 5,9 (0,8) мм, Ala/Val – 7 (0,7) мм, P = 0.008), а также на спине снизу (Ala/Ala – 5,5 (1,8) мм, Ala/Val – 7,2 (1) мм, P = 0.02). К аллелям, ассоциирующимся с уменьшенной толщиной КЖС, также можно отнести G аллель гена PPARA (бедро внутри: GG – 2,5 (0,8) мм, GC – 2,6 (0,4) мм, CC – 7,5 (3,5) мм, P = 0.003; живот снизу: GG – 3 (0,8) мм, GC – 3,2 (0,6) мм, CC – 4,3 (0,4) мм, P = 0.08) и Pro12 аллель гена PPARG (кисть: Pro/Pro – 1,5 (0,39) мм, Pro/Ala – 2,1 (0,34) мм; P = 0.0056).
6.2.3. Результаты сравнительного анализа в группе женщин с длительным (15,9±1,8 лет) стажем занятий фитнесом (n = 21).
Антропометрические и композиционные показатели.
C большей окружностью плеча в спокойном состоянии ассоциировались PPARD T (TT – 28,5 (2,7) см, TC – 25,1 (3,9) см; P = 0.035) и VEGFA G (GG – 29,1 (2,6) см, GC – 26,7 (1,3) см; P = 0.028) аллели (аллели-антагонисты выносливости). С высокими значениями относительной мышечной массы был взаимосвязан TFAM 12Thr аллель (Ser/Ser – 50,1 (3,7)%, Ser/Thr – 54,6 (0,8)%; P = 0.029).
6.2.4. Результаты сравнительного анализа в группе женщин, занимающихся фитнесом соревновательного периода (n = 8).
Кожно-жировые складки. В области плеча сзади Ala55 аллель гена UCP2 ассоциировался с более тонкой КЖС (Ala/Ala - 2 (0) мм, Ala/Val – 7,2 (2,7) мм, Val/Val – 10 мм; P=0.004), а плеча спереди – Gly482 аллель гена PPARGC1A (Ser/Ser –6,8 (4,1) мм, Gly/Ser – 2,5 (0,7) мм, Gly/Gly – 2,5 (0,5) мм; P=0.036).
Результаты проведенного исследования позволяют заключить, что полиморфизмы генов HIF1A, PPARA, PPARD, PPARG, PPARGC1A, PPP3R1, TFAM, UCP2, UCP3, VEGFA ассоциируются с различными физиологическими, антропометрическими и композиционными показателями у профессиональных бодибилдеров и женщин, занимающихся фитнесом. Показано (табл. 9), что определенные аллели генов и их сочетания могут давать существенное преимущество при наращивании мышечной массы и увеличении силы, а также в достижении рельефной мускулатуры за счет уменьшения толщины кожно-жировых складок. При этом, суммарный вклад значимых маркеров (аллелей) в фенотипическую дисперсию силы, мышечной и жировой массы составил 23%, 25% и 32%, соответственно.
Таблица 9
Генетические маркеры успешности соревновательной деятельности профессиональных бодибилдеров и женщин, занимающихся фитнесом
| Фенотип | Генетические маркеры |
| Высокие силовые возможности | HIF1A 582Ser, PPARGC1A 482Ser, UCP2 55Val |
| Большие объемные размера плеча, предплечья, бедра и голени | HIF1A 582Ser, PPARD T, PPARGC1A 482Ser, PPP3R1 5D, UCP2 55Val, VEGFA G |
| Большая абсолютная и относительная мышечная масса | PPARGC1A 482Ser, TFAM 12Thr |
| Пониженное жироотложение | PPARA G, PPARG Pro12, PPARGC1A Gly482, UCP2 Ala55 |
7. Разработка методологических подходов картирования генов, ассоциированных со спортивной деятельностью
Идентификация всех генов человека и их функций имеет важное значение для понимания молекулярных механизмов развития редких моногенных и распространенных мультифакторных заболеваний, а также нормальных признаков. Современная стратегия картирования физических и психических качеств в контексте спорта, активно ведется уже 11 лет и включает такие подходы, как анализ сцепления, метод идентичных по происхождению аллелей и исследование ассоциаций в популяциях.
Последний подход является наиболее распространенным и основан на поиске популяционных корреляций. Этот метод применяется для обнаружения информативных полиморфных локусов, ассоциированных с различными физическими и психическими качествами человека. Поиск полиморфных генов-кандидатов и их использование в изучении генетической предрасположенности к выполнению различных физических нагрузок основан на знании молекулярных механизмов мышечной или любой другой деятельности и предположении, что полиморфизм данного гена может повлиять на уровень метаболических процессов либо на морфо-функциональные особенности организма.
Исследование ассоциаций полиморфизмов генов-кандидатов основано на нескольких методических подходах.
1. Исследование «случай-контроль», при котором проводится поиск популяционных корреляций в частотах аллелей (генотипов, гаплотипов, гаплогрупп). В классическом случае они представляют собой сравнение спортсменов с индивидами, не имеющими спортивного стажа и разряда из той же популяции.
2. Одномоментное (поперечное) исследование – проведение корреляционного или сравнительного анализа генотипов с данными однократного обследования (исследование «генотип-фенотип», например, антропометрия, гистоморфометрия, спироэргометрия, определение уровня физической подготовленности, соревновательной успешности и др.).
3. Динамическое (продольное) исследование – проведение корреляционного или сравнительного анализа генотипов с данными многократных обследований испытуемых (анализируется эффект тренировки).
Исследования, проводимые в рамках спортивной генетики, по структуре можно классифицировать следующим образом (перечислены в порядке возрастания доказательности): 1) описание отдельных случаев (примеры: мальчик с двумя дефектными копиями гена миостатина имеет фенотип «силача»; мужчина, имеющий мутацию в гене рецептора эритропоэтина является двукратным олимпийским чемпионом в лыжных дисциплинах) (Juvonen E. et al., 1991; de la Chapelle А. et al., 1993; Schuelke М. et al., 2004); 2) описание серии случаев (пример: описательная статистика комбинаций генотипов у членов олимпийской сборной команды по тяжелой атлетике);
3) исследование «случай-контроль»;
4) аналитическое одномоментное исследование;
5) проспективное динамическое исследование;
6) мета-анализ – обобщение результатов (количественный анализ) нескольких исследований. Такой подход обеспечивает большую статистическую мощность (чувствительность) за счет увеличения размера выборки. Мета-анализ используется для обобщения результатов многих испытаний, зачастую противоречащих друг другу.
Определение значимости полиморфизма гена в диагностике предрасположенности к спорту. В научно-практических целях важно научиться определять значимость конкретного генетического маркера в диагностике предрасположенности к спорту. Для оценки значимости маркера в спорте необходимо учитывать три основных критерия:
1. Функциональная значимость ДНК-полиморфизма, зависящая от типа полиморфизма (инделы; миссенс-, сенс-, нонсенс-мутации; повторные полиморфизмы; сплайсинговые мутации и др.) и его локализации (промотор, UTR-регионы, интрон, экзон, спейсер). Предполагаемый эффект полиморфизма на фенотип может быть очень низким (1 балл по 5-бальной шкале), низким (2 балла), умеренным (3 балла), высоким (4 балла) и очень высоким (5 баллов).
2. Количество повторений результатов независимых исследований по типу «случай–контроль».
3. Число повторений результатов независимых исследований по типу «генотип–фенотип».
Таким образом, чем больше баллов набирает определенный генетический маркер по каждому критерию, тем в меньшей степени он может считаться ложноположительным, и тем в большей степени он является значимым и надежным для диагностики предрасположенности к занятиям различными видами спорта.
Для удобства значимость маркера можно обозначать в виде формулы ABC, где A – предполагаемый эффект полиморфизма (баллы: от 1 до 5); B – число независимых исследований по типу «случай–контроль», в которых были показаны схожие результаты (баллы: от 0 до n); C – число независимых исследований по типу «генотип–фенотип», где были показаны схожие результаты (баллы: от 0 до n). В расширенном варианте этой формулы можно также учитывать другие критерии такие, как число исследований с противоречивыми либо отрицательными данными.
В таблице 10 представлены изученные в данной диссертационной работе генетические маркеры и их оценка значимости для определенного фенотипа. К другим значимым для спорта генетическим маркерам следует отнести полиморфизмы генов ACE, ACTN3, ADRA2A, ADRB2, AMPD1, BDKRB2, EPAS1 (Bray M.S. et al., 2009).
8. Разработка принципов генетической диагностики предрасположенности к занятиям спортом
Открытие наиболее значимых для спорта генетических маркеров предполагает их применение в комбинации с фенотипической диагностикой в системе спортивной ориентации и отбора, а также в многолетней подготовке спортсменов. В соответствии с поставленными задачами, можно выделить три направления практического приложения спортивной генетики (при условии разработки полноценных диагностических комплексов): а) определение предрасположенности детей и подростков к определенному виду двигательной деятельности; б) повышение роста спортивных показателей за счет оптимизации и коррекции тренировочного процесса; и в) профилактика различных заболеваний, связанных с профессиональной деятельностью спортсменов.
Таблица 10
Генетические маркеры и их оценка значимости
| Генетические Маркеры | Показатели значимости* | Ссылки** | ||
| A | B | C | ||
| Маркеры выносливости | ||||
| HIF1A Pro582 | 4 | 1 | 4 | Prior S.J. et al., 2003; Wolfarth В. et al., 2007; данные настоящего исследования |
| NFATC4 Gly160 | 4 | 1 | 3 | Данные настоящего исследования |
| PPARA G | 2-3 | 2 | 7 | Jamshidi Y. et al., 2002; Дондуковская Р.Р. и др., 2006; Eynon N. et al., 2009; данные настоящего исследования |
| PPARD C | 4 | 2 | 3 | Eynon N. et al., 2009; данные настоящего исследования |
| PPARGC1A Gly482 | 4 | 3 | 4 | Lucia A. et al., 2005; Stefan N. et al., 2007; данные настоящего исследования |
| PPARGC1B 203Pro | 4 | 1 | 3 | Данные настоящего исследования |
| PPP3R1 5I | 3-4 | 1 | 3 | Данные настоящего исследования |
| TFAM 12Thr | 4 | 1 | 3 | Данные настоящего исследования |
| UCP2 55Val | 4 | 1 | 4 | Astrup A. et al., 1999; Buemann B. et al., 2001; данные настоящего исследования |
| UCP3 T | 4 | 2 | 4 | Echegaray M. et al., 2003; Goriyeva S.B. et al., 2008; данные настоящего исследования |
| VEGFA C | 4 | 1 | 3 | Prior S.J. et al., 2006; данные настоящего исследования |
| Маркеры быстроты/силы | ||||
| HIF1A 582Ser | 4 | 1 | 3 | Данные настоящего исследования |
| PPARA C | 2 | 2 | 4 | Данные настоящего исследования |
| PPARD T | 4 | 0 | 2 | Данные настоящего исследования |
| PPARG 12Ala | 4 | 1 | 5 | Kobritsov G. et al., 2009; данные настоящего исследования |
| PPARGC1A 482Ser | 4 | 0 | 2 | Данные настоящего исследования |
| PPARGC1B 203Pro | 4 | 1 | 2 | Kobritsov G. et al., 2009; данные настоящего исследования |
*A - функциональная значимость полиморфизма (балл); B – число независимых исследований по типу «случай–контроль» со схожими результатами; C – число независимых исследований по типу «генотип–фенотип» со схожими результатами.
Проведение генетической диагностики в спорте делится на четыре последовательных этапа:
- Анкетирование.
- Фенотипирование.
- Забор и транспортировка биологического материала. Выделение ДНК из биоматериала и организация ее длительного хранения. Генотипирование нужных участков ДНК.
- Интерпретация данных генотипирования и фенотипирования. Составление заключения специалиста и выдача рекомендаций.
Анкетирование со сбором полной информации об испытуемом, и, при необходимости, о его родственниках (наличие спортивного разряда и стажа у его родителей, братьев и сестер, сведения о заболеваниях и т.п.) является неотъемлемой частью генетической диагностики. Анкетирование, как правило, включает в себя устный или письменный сбор следующих данных: ФИО; дата рождения; рост и вес обследуемого при рождении и на текущий момент; росто-весовые показатели отца и матери обследуемого; каким видом спорта занимается обследуемый; какой у обследуемого разряд в этом виде спорта; какой у обследуемого стаж занятий этим спортом и какое у него наивысшее достижение в этом виде спорта; если обследуемый не занимается спортом, то какой у него тип и степень физической активности.
Помимо этого, обследуемый, либо его родители, тренер, врач команды должны подробно описать цель обращения к спортивному генетику. Например, «подбор вида (видов) спорта», «определение склонности к занятиям конкретным видом спорта», «оптимизация тренировочного процесса (для тех, кто определился с выбором спорта, но хочет знать какие у него слабые и сильные стороны, какую узкую специализацию выбрать)», «оптимизация питания и фармакологического обеспечения тренировочной и соревновательной деятельности», другое (например, «сохранение здоровья и снижение риска заболеваний при занятиях спортом», «как решить проблему с медленным набором мышечной массы», «как эффективнее развить выносливость», «как убрать лишний вес» и т.п.).
Фенотипирование. Важно подчеркнуть, что при решении вопросов спортивной специализации и отбора, оптимизации и коррекции тренировочного процесса, профилактики профессиональных заболеваний спортсменов молекулярно-генетическое тестирование не может заменить фенотипическую диагностику, а может лишь дополнить и конкретизировать отдельные ее моменты. Связано это не только с тем, что на данный момент мы не располагаем всей информацией о генетических маркерах, ассоциированных с двигательной и психической деятельностью человека, но и с тем, что генетическая диагностика не распространяется дальше генотипа (она не позволяет установить промежуточный или конечный результат взаимодействия генотипа, эпигенетических модификаций и средовых факторов).
К наиболее распространенным в спорте видам фенотипической диагностики, которая проводится по показаниям, относятся: 1) антропометрия; 2) биохимическое обследование в покое, до, во время и после физической нагрузки; 3) тестирование физической подготовленности; 4) функциональная диагностика; 5) биомеханическое обследование; 6) психологические и психофизиологические тесты; 7) гистологические методы (биопсия мышечной ткани с выявлением состава мышечных волокон, определением биохимических показателей, выявлением степени экспрессии генов). Кроме того, эпигенетическая диагностика (например, выявление метилированных участков генов, ассоциированных с изменением генной экспрессии) в будущем может в значительной мере дополнить генетическую и фенотипическую диагностику.
Интерпретация результатов генетического тестирования в спорте – ответственное и трудоемкое дело, которым должен заниматься подготовленный специалист (либо коллектив специалистов), обладающий знаниями в области молекулярной генетики человека, физиологии и биохимии мышечной деятельности, спортивной медицины и антропологии, а также разбирающийся в различных аспектах спортивной педагогики и питания спортсменов.
Интерпретация должна проводиться на основе суммарного вклада генотипов и аллелей генов в определение наследственной предрасположенности к двигательной деятельности и к развитию профессиональных патологий спортсменов. Вклад отдельных генотипов и аллелей генов в развитие физических качеств человека необходимо оценивать как на основе литературных источников, так и собственных данных, полученных на больших выборках российских спортсменов и контрольных групп. Для специалиста важно иметь собственную базу данных, содержащую сведения об уникальных генотипах элитных спортсменов.